CN109629112B - 一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料及其制备方法。本发明以由梳理、铺网、压平形成的三维网孔结构的棕榈纤维网作为主体骨架及接收网层，接收由气流成网形成的胶原纤维网，再通过预针刺、主针刺将胶原纤维网中的胶原纤维刺入到棕榈纤维网内部而形成一定面密度、厚度与强力的非织造材料，可用作废水处理材料、吸声材料、弹性抗压材料等，其中胶原纤维为从废革中经物理解纤提取的短纤维，棕榈纤维为棕榈叶鞘长纤维，本发明综合了两者优点，解决了胶原纤维短、制品成形难的技术问题，方法技术容易实施，也为两种天然纤维的有效利用提供了途径。

Description

一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及非织造材料技术领域，尤其涉及一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料及其制备方法。

背景技术

我国是制革大国，据文献介绍，年生产牛皮 100 万张的制革厂总体上每年就能产生 1.1万吨皮革边角废弃物，加上各种皮家具、皮鞋、皮革服装、箱包、皮件等使用废弃物，每年产生的皮革废弃物（以下简称“废革”，主要指制革边角废弃物及皮革使用废弃物）是个不小的数字。废革的主要成分为真皮纤维即胶原纤维，它是一种天然的纤维状蛋白质，与人体有很好的亲和性，并且可以生物降解，是一种环保纤维，因此具有很高的利用价值。目前，国内对废革的再利用率较低，其含铬问题也增大了再利用的难度。不需要进行除铬处理的物理再利用方法是胶原纤维再利用的有效途径，也是目前胶原纤维再利用的主要方法，一般是先采用一定的打碎设备如液体解纤机、研磨机等打碎废革而提取胶原纤维，经过打碎提取的胶原纤维一般长度较短（一般小于4mm）、整齐度不高，因此，一般再采用与其它纤维混合、层合复合制备非织造材料再经由涂层等工艺制成再生皮革(如专利CN108660607A、CN102115955B、CN102182015B、CN206999797U等)，主要用作家具、箱包、皮带、鞋皮、汽车座椅材料等，但其产品在透气、强度、手感等各方面性能较之真皮材料相差较大，因此限制了使用。

研究显示，胶原纤维（或其粉体）对废水中的重金属离子、染料、助剂等(J.Hazard. Mater.,2008,151,280-284.； J.Hazard. Mater. 2007,141,344-347；中国皮革,2007,36,9-12; Inter. J. Eng. Sci. Inve,2013,2,9-12.)，对废气中的焦油、戊二醛等(J. Hazard. Mater. 2008,160,514-520.)，均有不同程度的吸附性能；且具有微孔吸声和共振吸声的性能(中国皮革,2008,37,22-25.)；通过单宁固化、氨基化等改性分别还可提高重金属离子、染料的吸附性能(J. Chem. Tech. Biot.2004,79,335-342;Chem. Eng. J.2012,197, 343-349.)，故还可开发成为过滤材料、吸附材料、吸声材料等。然而，目前对上述方面的研究主要仍集中在理论研究上，主要是对散纤维（或粉体）状态性能的研究，在实际应用中有一定的受限性。由于从废革中提取得到的胶原纤维长度短、整齐度差的特点，开发将其制备成具有一定面密度、厚度、强力的材料的制备方法，是其从纤维到制品产业化的关键。本发明就是针对此提出的。通过将纤维长度长（50~700mm）、力学性能优良的棕榈纤维与胶原纤维复合，制备具备一定面密度、厚度、强力的非织造材料，实现胶原纤维的产业化再利用，这方面的技术目前尚未见有相关研究或专利。

棕榈纤维属于棕树的叶鞘纤维，是一种廉价、广泛的天然纤维资源。自古以来棕榈纤维便用来制作蓑衣、棕绳。但棕榈纤维的现代应用主要是作为弹性材料用作床垫、坐垫、包装材料等，还没有得到充分利用。近年对棕榈纤维特性的研究表明，棕榈纤维具有不易被化学腐蚀、弹性及韧性极好、不易拉断、多孔结构等特点(Cellulose,2015,22,1039-1051；Wood Fiber Sci.,2014, 270-279.)，使得其在作为工程力学材料、过滤、吸附材料等方面有着极佳的潜力。

本发明的制备工艺方法容易实施，生产效率高、成本低，所制得胶原/棕榈纤维非织造材料具备一定的面密度、厚度与强力，可用作废水处理材料、吸声材料、弹性抗压材料等。本发明同时也为两种天然纤维的有效利用提供了途径。

发明内容

本发明针对上述的情况，提供一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料及其制备方法。一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料是由三维网孔状结构的棕榈纤维网构成复合非织造材料主体骨架，将由气流成网形成的胶原纤维网覆盖棕榈纤维网表面与其层合复合后，以针刺法将胶原纤维刺入棕榈纤维网的内部，使得胶原纤维与棕榈纤维相互缠结、棕榈纤维之间相互缠结、胶原纤维之间相互缠结，从而形成的具有一定面密度、厚度与强力的非织造材料。所述棕榈纤维网构成的主体骨架成为复合非织造材料的受力主体，改善了现有胶原纤维非织造材料由于胶原纤维过短而造成的不易加工成形或成形后非织造材料强力过低的现象；所述的棕榈纤维网与胶原纤维网分别由梳理成网与气流成网技术形成再层合复合，避免了现有对胶原纤维非织造材料制备中多采用的纤维混合再由单一梳理成网或气流成网方式成网的弊端；同时，在棕榈纤维网交叉铺网后设计有加压压平工序，很好地克服了由于棕榈纤维的刚性使交叉铺网层叠不服帖现象。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料以三维网孔结构的棕榈纤维网作为主体骨架，将其作为接收网层，接收由气流成网形成的胶原纤维网，并通过针刺法将胶原纤维刺入到棕榈纤维网内部而形成一定面密度、厚度与强力的非织造材料。具体实施工艺如下：

（1）选用细度50~570µm、长度50~700mm的棕榈纤维，将棕榈纤维用梳理机组梳理成较薄纤网后，经由交叉铺网机铺网、加压机压平，铺成一定厚度的杂乱排列的棕榈纤维网层，由于棕榈纤维粗、长度长，成网网孔较大；

（2）选用从废革中用物理方法提取得到的胶原纤维，细度12~32µm、长度0.5~4mm，通过气流成网机组将胶原纤维制备成具有三维杂乱排列结构的胶原纤维网，并采用了上述棕榈纤维网来接收，形成胶原纤维网层覆盖在棕榈纤维网层表面的复合纤网结构；

（3）将上述复合纤网结构送入到针刺机组进行预针刺、主针刺，控制主针刺为先深后浅方式，并控制主针刺深度在3~17mm，针刺密度350~1000针/cm²，将胶原纤维网层的胶原纤维全部刺入棕榈纤维网内部，胶原纤维与棕榈纤维相互缠结、棕榈纤维之间相互缠结、胶原纤维之间相互缠结，从而形成非织造材料。

其中，所述棕榈纤维网层密度为100~1200g/m²，以保证其作为主体骨架的支撑性，优选地为200~800g/m²，以便于现有针刺机组上针刺成形。

其中，所述胶原纤维网面密度为60~1800g/m²。

其中，所述胶原纤维网层占所述复合纤网结构总质量的40~80%，所述棕榈纤维网层占复合纤网结构总质量的20~60%。

其中，所述针刺机组的刺针号数范围为13~46号。

本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：

（1）本发明的棕榈纤维网构成主体骨架并成为复合非织造材料的受力主体，改善了现有胶原纤维非织造材料由于胶原纤维过短而造成的不易加工成形或成形后非织造材料强力过低的现象，并且由于采用同样具备优良吸附、吸声等性能的棕榈纤维材料作为加固纤维，不会由于加固纤维含量的增加而导致其吸附、吸声等性能的突降；

（2）本发明将胶原纤维气流成网、棕榈纤维梳理铺网再层合复合的方式，是针对了两种纤维的特性分别采用最理想的成网工艺来实现纤网的成网，避免了现有对胶原纤维非织造材料制备中多采用的纤维混合再由单一梳理成网或气流成网方式成网的弊端，不会造成由纤维性能差异而产生的铺网不匀；同时在棕榈纤维网交叉铺网后设计有加压压平工序，很好地克服了由于棕榈纤维的刚性使交叉铺网层叠不服帖现象；

（3）本发明由棕榈纤维网作为主体骨架赋予了非织造材料一定的弹性与抗压性能，可用于作为家具填充材料与包装材料等。

具体实施方式

以下各实施例中试样的面密度按照GB/T 24218.1-2009测定，试样的厚度按照标准GB/T 24218.2-2009测定，试样的纵横向拉伸断裂强力按照标准 GB/T 24218.3-2010测定。

实施例1

选用从废革中用物理方法提取得到的胶原纤维细度范围20~32µm、平均长度2mm，棕榈纤维细度50~430µm、长度50~670mm，两种纤维分别按占总质量分数的75%、25%用量，先将棕榈纤维梳理成薄网后经交叉铺网、加压压平铺成面密度400g/m²的棕榈纤维网，将棕榈纤维网用于接收由气流成网机组制备的胶原纤维网（1200g/m²）形成复合纤网结构，然后送入到针刺机组进行预针刺、主针刺，刺针选用25~36号针，控制主针刺为先深后浅方式，并控制主针刺深度在3~7mm，针刺密度600针/cm²，将胶原纤维网层的胶原纤维全部刺入棕榈纤维网内部制成胶原/棕榈纤维非织造材料。测得其面密度为1600g/m²，厚度为10.3mm，测得纵向强力为2060N/5cm,横向强力为1983N/5cm。

实施例2

选用从废革中用物理方法提取得到的胶原纤维细度范围20~32µm、平均长度2mm，棕榈纤维细度50~430µm、长度50~670mm，两种纤维分别按占总质量分数的60%、40%用量，先将棕榈纤维梳理成薄网后经交叉铺网、加压压平铺成面密度300g/m²的棕榈纤维网，将棕榈纤维网用于接收由气流成网机组制备的胶原纤维网（450g/m²）形成复合纤网结构，然后送入到针刺机组进行预针刺、主针刺，刺针选用25~36号针，控制主针刺为先深后浅方式，并控制主针刺深度在3~7mm，针刺密度600针/cm²，将胶原纤维网层的胶原纤维全部刺入棕榈纤维网内部制成胶原/棕榈纤维非织造材料。测得其面密度为750/m²，厚度为7.6mm，测得纵向强力为1271N/5cm,横向强力为919N/5cm。

实施例3

选用从废革中用物理方法提取得到的胶原纤维细度范围20~32µm、平均长度2mm，棕榈纤维细度50~430µm、长度50~670mm，两种纤维分别按占总质量分数的80%、20%用量，先将棕榈纤维梳理成薄网后经交叉铺网、加压压平铺成面密度200g/m²的棕榈纤维网，将棕榈纤维网用于接收由气流成网机组制备的胶原纤维网（800g/m²）形成复合纤网结构，然后送入到针刺机组进行预针刺、主针刺，刺针选用25~36号针，控制主针刺为先深后浅方式，并控制主针刺深度在3~7mm，针刺密度1000针/cm²，将胶原纤维网层的胶原纤维全部刺入棕榈纤维网内部制成胶原/棕榈纤维非织造材料。测得其面密度为1000/m²，厚度为6.4mm，测得纵向强力为872N/5cm,横向强力为860N/5cm。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料，其特征在于，所述非织造材料是复合纤网结构经针刺机组针刺形成，所述复合纤网结构包括棕榈纤维网层和胶原纤维网层，所述复合纤网结构的胶原纤维网层覆盖在棕榈纤维层表面，所述棕榈纤维网层作为胶原纤维网层的接收网层，所述棕榈纤维网层是棕榈纤维网经交叉铺网机铺网、加压机压平形成，所述棕榈纤维网是棕榈纤维用梳理机组梳理形成并作为复合纤网结构的主体骨架，所述胶原纤维网层是胶原纤维通过气流成网机组直接制备，并采用所述棕榈纤维网层来接收；

所述棕榈纤维的细度50～570μm、长度50～700mm；所述胶原纤维的细度12～32μm、长度0.5～4mm；所述胶原纤维网层占所述复合纤网结构总质量的40～80％，所述棕榈纤维网层占复合纤网结构总质量的20～60％。

2.根据权利要求1所述的一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料，其特征在于，所述棕榈纤维网具有三维网孔结构。

3.根据权利要求1所述的胶原/棕榈纤维复合非织造材料，其特征在于，所述胶原纤维网层的密度为60～1800g/m²，所述棕榈纤维网层的密度为100～1200g/m²。

4.根据权利要求1所述的一种胶原/棕榈纤维复合非织造材料，其特征在于，所述针刺机组的针刺包括预针刺和主针刺。

5.一种权利要求1所述的胶原/棕榈纤维复合非织造材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)将棕榈纤维用梳理机组梳理成较薄纤网后，经由交叉铺网机铺网、加压机压平，铺成一定厚度的杂乱排列的棕榈纤维网层；

(2)通过气流成网机组将胶原纤维制备成具有三维杂乱排列结构的胶原纤维网层，并采用了上述棕榈纤维网层来接收，形成胶原纤维网层覆盖在棕榈纤维网层表面的复合纤网结构；

(3)将上述复合纤网结构送入到针刺机组进行预针刺、主针刺，控制主针刺为先深后浅方式，将胶原纤维网层的胶原纤维全部刺入棕榈纤维网内部，胶原纤维与棕榈纤维相互缠结、棕榈纤维之间相互缠结、胶原纤维之间相互缠结，从而形成非织造材料。

6.根据权利要求5所述的胶原/棕榈纤维复合非织造材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述胶原纤维选用从废革中用物理方法提取得到的胶原纤维。

7.根据权利要求5所述的胶原/棕榈纤维复合非织造材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述针刺机组的刺针号数范围13～46号，主针刺深度控制在3～17mm，针刺密度350～1000针/cm²。